イーサリアム（ETH）のトランザクション速度向上の秘訣は？

イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための主要なプラットフォームとして、その地位を確立してきました。しかし、その普及に伴い、トランザクション速度の遅延や高いガス代といった課題も浮上しています。本稿では、イーサリアムのトランザクション速度向上のための様々な取り組みについて、技術的な詳細を含めて解説します。

1. イーサリアムのトランザクション処理の基本

イーサリアムのトランザクション処理は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）というコンセンサスアルゴリズムに基づいて行われます。PoWでは、マイナーと呼ばれる参加者が、複雑な計算問題を解くことでブロックを生成し、トランザクションを検証・承認します。このプロセスは、セキュリティを確保するために不可欠ですが、同時に計算資源を大量に消費し、トランザクション処理速度を制限する要因となっています。

トランザクションは、まずトランザクションプール（mempool）に蓄積されます。マイナーは、mempoolからトランザクションを選択し、ブロックに含めて検証します。ブロックが生成されると、そのブロックはブロックチェーンに追加され、トランザクションが確定します。この一連のプロセスには時間がかかり、ネットワークの混雑時にはトランザクションの遅延が発生します。

2. スケーラビリティ問題とレイヤー2ソリューション

イーサリアムのスケーラビリティ問題は、トランザクション処理能力がネットワークの利用者の増加に追いつかないという課題です。この問題を解決するために、様々なレイヤー2ソリューションが開発されています。レイヤー2ソリューションは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の負荷を軽減し、トランザクション処理速度を向上させることを目的としています。

2.1. ステートチャネル

ステートチャネルは、当事者間でのオフチェーントランザクションを可能にする技術です。当事者は、メインチェーン上でチャネルを開設し、そのチャネル内で複数回のトランザクションを迅速かつ低コストで実行できます。最終的な結果のみがメインチェーンに記録されるため、メインチェーンの負荷を軽減できます。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden NetworkやCeler Networkなどがあります。

2.2. ロールアップ

ロールアップは、複数のトランザクションをまとめて1つのトランザクションとしてメインチェーンに記録する技術です。これにより、メインチェーンのトランザクション数を減らし、処理速度を向上させることができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZK-Rollupの2つの主要なタイプがあります。

2.2.1. Optimistic Rollup

Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合にのみ、チャレンジメカニズムを通じて検証を行います。これにより、高速なトランザクション処理が可能になります。代表的なOptimistic Rollupの実装としては、ArbitrumやOptimismなどがあります。

2.2.2. ZK-Rollup

ZK-Rollupは、ゼロ知識証明（Zero-Knowledge Proof）と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明します。これにより、チャレンジメカニズムが不要となり、より高いセキュリティとプライバシーを確保できます。代表的なZK-Rollupの実装としては、zkSyncやStarkNetなどがあります。

2.3. サイドチェーン

サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンとは独立したブロックチェーンであり、独自のコンセンサスアルゴリズムを使用できます。サイドチェーンは、メインチェーンの負荷を軽減し、特定のアプリケーションに特化したトランザクション処理を高速化するために使用されます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon（旧Matic Network）などがあります。

3. イーサリアム2.0（The Merge）とプルーフ・オブ・ステーク（PoS）

イーサリアム2.0は、イーサリアムの長期的なスケーラビリティと持続可能性を向上させるための大規模なアップグレードです。その中心的な要素は、コンセンサスアルゴリズムをプルーフ・オブ・ワーク（PoW）からプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行することです。

PoSでは、マイナーの代わりにバリデーターと呼ばれる参加者が、イーサリアムのトークン（ETH）を預け入れることでブロックを生成し、トランザクションを検証・承認します。PoSは、PoWと比較して、計算資源の消費量が少なく、トランザクション処理速度が向上する可能性があります。2022年9月15日に完了したThe Mergeにより、イーサリアムはPoSに移行し、エネルギー効率が大幅に向上しました。

3.1. シャーディング

シャーディングは、イーサリアムのブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードが並行してトランザクションを処理できるようにする技術です。これにより、ネットワーク全体のトランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。シャーディングは、イーサリアム2.0の重要な要素の一つであり、今後の開発ロードマップに組み込まれています。

4. その他のトランザクション速度向上のための取り組み

4.1. EIP-1559

EIP-1559は、イーサリアムのトランザクション手数料の仕組みを改善するための提案です。EIP-1559では、トランザクション手数料がベースフィーと優先手数料に分割され、ベースフィーはネットワークの混雑状況に応じて動的に調整されます。これにより、トランザクション手数料の予測可能性が向上し、トランザクションの遅延を軽減することができます。

4.2. ガス最適化

スマートコントラクトの開発者は、コードの最適化を通じて、トランザクションに必要なガス量を削減することができます。ガス最適化は、トランザクション手数料を削減し、トランザクション処理速度を向上させるために重要な取り組みです。

4.3. トランザクションの優先順位付け

ユーザーは、トランザクションに優先手数料（tip）を追加することで、トランザクションの優先順位を上げることができます。優先手数料が高いトランザクションは、マイナーによって優先的に処理されるため、トランザクションの遅延を軽減することができます。

5. 今後の展望

イーサリアムのトランザクション速度向上は、DAppsの普及とWeb3の実現にとって不可欠な課題です。レイヤー2ソリューションの開発、イーサリアム2.0のアップグレード、そしてスマートコントラクトの開発者によるガス最適化など、様々な取り組みが進行中です。これらの取り組みが組み合わさることで、イーサリアムはより高速で効率的なプラットフォームへと進化していくことが期待されます。

特に、ZK-Rollupのような技術は、高いセキュリティとプライバシーを維持しながらトランザクション速度を大幅に向上させる可能性を秘めており、今後の発展が注目されます。また、シャーディングの実装は、イーサリアムのスケーラビリティを根本的に改善し、より多くのユーザーとアプリケーションをサポートできるようになるでしょう。

まとめ

イーサリアムのトランザクション速度向上は、単一の解決策ではなく、複数の技術と取り組みの組み合わせによって実現されます。レイヤー2ソリューション、イーサリアム2.0、そして開発者によるガス最適化など、それぞれの要素が相互に作用し、イーサリアムのパフォーマンスを向上させています。今後の技術革新とコミュニティの協力によって、イーサリアムはよりスケーラブルで持続可能なプラットフォームへと進化し、Web3の未来を牽引していくことが期待されます。